本发明专利技术公开了一种激光喷丸强化曲面的路径规划装置，其包括高能脉冲激光器、对称设于两侧的定位激光器和CCD显示器、具有校准平面的校正块、贴装于校准平面的校正反射膜、夹持并可自由调节校正块或工件的机械手，可见激光束反射到CCD显示器。本发明专利技术还公开了一种激光喷丸强化曲面的路径规划方法，用平行可见激光束、反射膜和CCD显示器作定位工具，包括定距和定位校准、轨迹点定位并记录坐标、将坐标拟合成轨迹路径等步骤。采用本发明专利技术可便捷的实现激光喷丸强化中曲面的运行路径规划，可用于飞机发动机叶片和汽轮机叶片的激光喷丸强化，精确地对曲面的工作位置定位，极大地提高了激光的利用率，保证强化过程中功率密度的一致性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光加工
，尤其涉及一种激光喷丸强化曲面的路径规划装置。本专利技术还涉及一种激光喷丸强化曲面的路径规划方法。
技术介绍
激光喷丸强化是一种新型的材料表面强化技术，可以在金属制件表面获得高幅残余压应力层，大大提高制件的疲劳寿命，与常规喷丸技术相比，其残余压应力层更深。激光喷丸的原理是利用脉冲激光(能量I?100J，脉宽I(KBOns)在约束状态下(水膜或玻璃)跟吸收层(铝箔或其他材料)产生等离子爆炸，可产生强度高达几个吉帕斯卡的压力，该压力通过吸收层传播至工件，可对工件表层产生高幅残余压应力，由于吸收层的保护作用，工件表面不会受到热灼烧。21世纪初，美国将激光喷丸技术应用到FlOl、F119和F414发动机叶片的强化和再制造上。飞机发动机叶片的疲劳断裂是影响发动机正常工作的主要因素之一，激光喷丸强化飞机发动机叶片具有无可比拟的优势。发动机叶片的疲劳断裂主要发生在叶片边缘，激光喷丸处理主要对叶片边缘区域进行强化。为了充分利用激光的能量和保证整个强化过程中功率密度的均匀一致性，必须使激光束垂直入射到待处理表面，由于飞机发动机叶片是不规则小曲率曲面，通常采用六轴联动机械手装夹工件进行加工，对机械手进行路径规划时，编程方式可采用离线编程软件或手动对焦。采用离线编程软件进行路径规划时，对模型的精度、工件的制造精度以及工件的定位精度极高，这些因素的累积误差使得离线编程软件编制的轨迹与实际要求的轨迹误差很大，而且没有有效的手段来检测与消除这些误差；因此手动对焦的方式是最常用的路径规划方式，然而常规的手动对焦主要靠眼睛观察，对焦的误差也较大，而且很难保证激光束垂直入射到曲面的入射点，需要专利技术一种合适的方法来进行路径规划。
技术实现思路
针对现有技术不足，本专利技术要解决的技术问题是提供一种在激光喷丸强化工艺中可以方便快捷地对加工曲面进行加工过程的路径规划的激光喷丸强化曲面的路径规划装置，并提供一种方便快捷地对加工曲面进行加工路径规划的激光喷丸强化曲面的路径规划方法。为了克服现有技术不足，本专利技术采用的设备技术方案是:一种激光喷丸强化曲面的路径规划装置，其包括高能脉冲激光器、以高能脉冲激光器发出的高能激光束中心线为工作轴对称设于两侧的定位激光器和CCD显示器、位于高能脉冲激光器前侧的高能激光束位置的凸透镜、具有垂直于工作轴的校准平面的校正块、贴装于校准平面的校正反射膜、通过夹具夹持校正块或工件并可自由调节其位置和方向的机械手、通过数据线分别与高清摄像头、CCD显示器和机械手电性连接的工控机、用于贴装于工件的待加工曲面所布置的轨迹点的多个定位反射膜;工作轴与定位激光器发出的可见激光束的中心轴相交于校正反射膜的中部并使可见激光束反射到CCD显示器的接收部。作为本专利技术激光喷丸强化曲面的路径规划装置的技术方案的一种改进，所述校正反射膜中心的法线与工作轴重合;所述定位激光器的侧方设有高清摄像头，高清摄像头正对工作轴与可见激光束轴线的交点。作为本专利技术激光喷丸强化曲面的路径规划装置的技术方案的一种改进，所述高能高功率密度脉冲激光器的功率密度为109W/Cm2~101()W/Cm2，脉冲能量为I?100J，脉冲宽度为5?30ns，激光重复频率为5?20Hz。作为本专利技术激光喷丸强化曲面的路径规划装置的技术方案的一种改进，所述定位激光器为氦氖激光器，发出的激光束为可见激光束，可见激光束为平行激光束，功率为5毫瓦，激光束直径为Imm。作为本专利技术激光喷丸强化曲面的路径规划装置的技术方案的一种改进，所述校正反射膜和定位反射膜均为一面沾有胶水的铜膜，铜模的形状为圆形、其直径为1.2mm的，铜膜的厚度为50微米。作为本专利技术激光喷丸强化曲面的路径规划装置的技术方案的一种改进，所述工件的曲面为小曲率曲面，曲率半径大于200_。为了克服现有技术不足，本专利技术对应采用的方法技术方案是:一种激光喷丸强化曲面中路径规划的方法，其使用上述的激光喷丸强化曲面的路径规划装置，并包括以下步骤: A、校准:通过机械手调节校正块使其校准平面垂直于工作轴，并使定位激光器发射的可见激光束整体落入校正反射膜范围内且使可见激光束的中心线与工作轴的交点落于校正反射膜，记录反射激光束的中心在CCD显示器的位置P，将校正块拆除； B、布置轨迹点:在工件规划好的激光喷丸强化路径上布置η个轨迹点，按顺序记为S1、S2、S3、……、Sn，并在每个轨迹点上覆盖定位反射膜，定位反射膜的中心与各轨迹点的中心重合;通过夹具将工件装夹在机械手上； C、工件轨迹点的定位:调节机械手的X、Y、Z轴坐标，使可见激光束中心与轨迹点SI上的定位反射膜的中心重合，调节机械手的绕Y和Z轴的转动坐标，使反射激光束的中心与P点重合，实现工件轨迹点SI的定距和定向； D、获取坐标:在工控机中记录机械手X、Y、Z轴轴向坐标，并记录绕Y轴和Z轴的转动坐标，将SI点机械手的五轴坐标记为Pl; Ε、重复步骤三至步骤四，获取路径上剩下的所有轨迹点对应机械手的五轴坐标，并记为Ρ2、Ρ3、Ρ4、……、Ρη，通过PI?Pn这η个点的五轴坐标，利用曲线拟合软件获得机械手的五轴运动轨迹。作为本专利技术激光喷丸强化曲面的路径规划方法的技术方案的一种改进，步骤A具体为:首先通过机械手装夹并调节校正块，使校正块的校准平面法向与工作轴平行，实现校正块的校准平面的定向；通过高清摄像头观察可见激光束辐照在校正反射膜上的位置，继续调节机械手的Χ、Υ、Ζ轴的轴向坐标，使定位激光器发射的可见激光束整体落入校正反射膜范围内并使可见激光束的中心线与工作轴的交点落于校正反射膜，实现校正块的校准平面的定距;此时的可见激光束经校正反射膜反射后被CCD显示器接收，记录反射激光束的中心在C⑶显示器中的位置P，将校正块从机械手上拆除。作为本专利技术激光喷丸强化曲面的路径规划方法的技术方案的一种改进，步骤C具体为:定位激光器发射的可见激光束辐照在定位反射膜上，调节机械手的X、Y、Z轴坐标，使可见激光束中心与粘贴在轨迹点SI上的定位反射膜的中心重合，实现工件前侧曲面的轨迹点SI的定距;可见激光束经定位反射膜反射后的反射激光束被CCD显示器接收，调节机械手的绕Y和Z轴的转动坐标，使反射激光束的中心与步骤A中CXD显示器中记录的P点重合，从而使定位反射膜中心的法向与工作轴重合，实现工件前侧曲面的轨迹点SI的定向。本专利技术的有益效果是:本专利技术中激光喷丸强化曲面的路径规划装置，使可见平行激光束与工作轴成一定角度，可以实现曲面的定距;通过设置反射膜，将可见平行激光束反射到CCD显示器，可以实现曲面的定位;获取曲面定位后机械手各轨迹点的坐标，并通过软件拟合，可以实现曲面的路径规划。本专利技术的激光喷丸强化曲面的路径规划方法包括定距和定位校准、轨迹点定位并记录坐标、将坐标拟合成轨迹路径几个步骤，利用方向性好的平行可见激光束和反射膜以及CCD显示器作为定位工具，使平行激光束与工作轴成一定角度，并利用平行激光束的反射光，在激光喷丸强化发动机叶片曲面时可以精确地对曲面的工作位置进行定位，使轨迹点中心的法线始终与工作轴重合，方便快捷的实现激光喷丸强化中曲面的路径规划，极大地提高了激光的利用率，保证当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种激光喷丸强化曲面的路径规划装置，其特征在于：包括高能脉冲激光器、以高能脉冲激光器发出的高能激光束中心线为工作轴对称设于两侧的定位激光器和CCD显示器、位于高能脉冲激光器前侧的高能激光束位置的凸透镜、具有垂直于工作轴的校准平面的校正块、贴装于校准平面的校正反射膜、通过夹具夹持校正块或工件并可自由调节其位置和方向的机械手、通过数据线分别与高清摄像头、CCD显示器和机械手电性连接的工控机、用于贴装于工件的待加工曲面所布置的轨迹点的多个定位反射膜；工作轴与定位激光器发出的可见激光束的中心轴相交于校正反射膜的中部并使可见激光束反射到CCD显示器的接收部。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘新祥，戴峰泽，张永康，黄志刚，罗红平，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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